Tideunabhängige Kennwerte des Wasserstands: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 10. Oktober 2017, 12:11 Uhr

Graphische Darstellung der tideunabhängigen Kennwerte des Wasserstands. Diese Darstellung ist zusätzlich auch als Encapsulated PostScript Datei erhältlich.

Motivation

Die Berechnung und graphische Darstellung der tideunabhängigen Kennwerte des Wasserstands kann dazu beitragen, einige Aspekte des Systemverhaltens natürlicher Gewässer näher zu beleuchten. Im Gegensatz zu den Tidekennwerten des Wasserstands dient die Ermittlung der tideunabhängigen Wasserstandskennwerte in erster Linie der Analyse des (System-) Verhaltens von

nicht durch Gezeiten dominierten Gewässern, wie beispielsweise den Küstengewässern und Flußmündungen entlang der Ostseeküste, oder
Extremsituationen, wie z.B. Sturmfluten in an die Nordsee grenzenden Ästuarien, welche durch einen von den mittleren Gezeiten deutlich abweichenden Wasserstandsverlauf gekennzeichnet sind, sowie ferner
zur Ermittlung von Wasserstandskennwerten für beliebig lange oder kurze Analysezeiträume.

Im einzelnen sind verschiedene nützliche Anwendungen die Analyseergebnisse denkbar:

Neben den Extremwasserständen (HW und NW) vermittelt insbesondere die Wasserstandsdifferenz zwischen HW und NW einen guten Eindruck von der Variablität des Wasserstands in einem beliebigen Analysezeitraum.
Der zeitliche Ablauf einer Hoch- oder Niedrigwasserwelle tritt demgegenüber in den berechneten Eintrittszeitdifferenzen für den Hoch- und Niedrigwassereintritt klar hervor.
Die für den Analysezeitraum errechneten maximalen Steig- und Fallgeschwindigkeiten der Wasseroberfläche bieten einen zusätzlichen Maßstab zur Charakterisierung des Ablaufs von Sturmflutereignissen.
Aus den Zeiten für die Hoch- und Niedrigwasserdauer können Rückschlüsse auf die Dauer von Ereignissen mit extremen Wasserspiegellagen gezogen werden. Diese Werte lassen sich z.B. zur Beurteilung der damit verbundenen Belastungen von Uferbereichen und Böschungen heranziehen und im Hinblick auf die Standsicherheit von Deichen oder Deckwerken interpretieren.
Die Dynamik eines nicht durch Gezeiten dominierten Gewässers kann mit Hilfe des Wertes der Varianz des Wasserstandes oder der Standardabweichung des Wasserstandes (jeweils in Bezug auf den Mittelwasserstand) näher quantifiziert werden.

Eine automatische flächenhafte Analyse aller tideunabhängigen Kennwerte des Wasserstandes wird von den Programmen LZKWF und NCANALYSE durchgeführt.

Definition der tideunabhängigen Kennwerte des Wasserstands

Hochwasserstand (HW)

Höchster Wert der Wasserstände innerhalb einer beliebigen Zeitspanne. Setzt voraus, dass ungültige Werte nur durch Trockenfallen (kein Wasser) verursacht werden.
Beispielgrafiken: Hochwasserstand.
Analyseprogramm: LZKWF und NCANALYSE.

Maximaler gültiger Wasserstand (xWL)

Höchster Wert der Wasserstände innerhalb einer beliebigen Zeitspanne, in der beliebig viele ungültige Werte (Trockenfallen sowie andere Gründe für ungültige Daten) enthalten sein dürfen, so dass nicht sicher gestellt ist, dass der maximale Datenwert dem HW entspricht.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Niedrigwasserstand (NW)

Niedrigster Wert der Wasserstände innerhalb einer beliebigen Zeitspanne. Setzt voraus, dass in diesem Zeitraum keine ungültigen Werte durch Trockenfallen vorhanden sind, da dann ein NW im eigentlichen Sinne nicht erreicht wird.
Beispielgrafiken: Niedrigwasserstand.
Analyseprogramm: LZKWF und NCANALYSE.

Minimaler gültiger Wasserstand (nWL)

Kleinster Wert der Wasserstände innerhalb einer beliebigen Zeitspanne, in der beliebig viele ungültige Werte (Trockenfallen sowie andere Gründe für ungültige Daten) enthalten sein dürfen, so dass nicht sicher gestellt ist, dass der minimale Datenwert dem NW entspricht.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Mittelwasserstand (MW)

Arithmetischer Mittelwert der Wasserstände innerhalb einer beliebigen Zeitspanne.
Wird nur für dauerhaft überflutete Gebiete berechnet.
Beispielgrafiken: Mittelwasserstand.
Analyseprogramm: LZKWF und NCANALYSE.

Wasserstandsdifferenz (HW-NW)

Höhenunterschied zwischen dem Hochwasserstand HW und dem Niedrigwasserstand NW innerhalb einer beliebigen Zeitspanne.
Wird nur für dauerhaft überflutete Gebiete berechnet.
Beispielgrafiken: Wasserstandsdifferenz.
Analyseprogramm: LZKWF und NCANALYSE.

Hochwasserzeit

Eintrittszeit des Hochwasserstands innerhalb einer beliebigen Zeitspanne.
Beispielgrafiken: Hochwasserzeit.
Analyseprogramm: LZKWF und NCANALYSE.

Niedrigwasserzeit

Eintrittszeit des Niedrigwasserstands innerhalb einer beliebigen Zeitspanne.
Beispielgrafiken: Niedrigwasserzeit.
Analyseprogramm: LZKWF und NCANALYSE.

Gesamtüberflutungsdauer

Zeitraum, für den eine Fläche innerhalb einer beliebigen Zeitspanne mit Wasser bedeckt ist.
Beispielgrafiken: Gesamtüberflutungsdauer.
Analyseprogramm: LZKWF und NCANALYSE.

Gesamttrockenfalldauer

Zeitraum, für den eine Fläche innerhalb einer beliebigen Zeitspanne nicht mit Wasser bedeckt ist (Trockenfalldauer der Fläche).
Beispielgrafiken: Gesamttrockenfalldauer.
Analyseprogramm: LZKWF und NCANALYSE.

Maximale Steiggeschwindigkeit

Maximale Anstiegsgeschwindigkeit des Wasserspiegels innerhalb einer beliebigen Zeitspanne.
Beispiel: Maximale Steiggeschwindigkeit in der Außenems.
Analyseprogramm: LZKWF.

Maximale Fallgeschwindigkeit

Maximale Absinkgeschwindigkeit des Wasserspiegels innerhalb einer beliebigen Zeitspanne.
Beispiel: Maximale Fallgeschwindigkeit in der Außenems.
Analyseprogramm: LZKWF.

Standardabweichung des Wasserstands

Standardabweichung der Wasserstände bezogen auf den Mittelwasserstand MW innerhalb einer beliebigen Zeitspanne.
Wird nur für dauerhaft überflutete Gebiete berechnet.
Beispielgrafiken: Standardabweichung des Wasserstands.
Analyseprogramm: LZKWF und NCANALYSE.

Varianz des Wasserstands

Varianz der Wasserstände bezogen auf den Mittelwasserstand MW innerhalb einer beliebigen Zeitspanne.
Wird nur für dauerhaft überflutete Gebiete berechnet.
Beispielgrafiken: Varianz des Wasserstands.
Analyseprogramm: LZKWF und NCANALYSE.

Hochwasserdauer

Zeitraum, für den die Wasserstände einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten.
Beispielgrafiken: Hochwasserdauer.
Analyseprogramm: LZKWF und NCANALYSE.

Niedrigwasserdauer

Zeitraum, für den die Wasserstände einen vorgegebenen Grenzwert unterschreiten.
Beispielgrafiken: Niedrigwasserdauer.
Analyseprogramm: LZKWF und NCANALYSE.

Häufigkeitsverteilung des Wasserstands

Relative Häufigkeit, mit der Wasserstände innerhalb eines Intervalls vorhanden sind.
Beispielgrafiken: Häufigkeitsverteilung des Wasserstands.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Kumulative Häufigkeitsverteilung des Wasserstands

Kumulative Häufigkeit, mit der Wasserstände innerhalb eines Intervalls vorhanden sind.
Beispielgrafiken: Kumulative Häufigkeitsverteilung des Wasserstands.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Häufigkeit der Überschreitung von Wasserstandsgrenzwerten

Relative Häufigkeit, mit der Wasserstände einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten.
Beispielgrafiken: Häufigkeit der Überschreitung von Wasserstandsgrenzwerten.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Häufigkeit der Unterschreitung von Wasserstandsgrenzwerten

Relative Häufigkeit, mit der Wasserstände einen vorgegebenen Grenzwert unterschreiten.
Beispielgrafiken: Häufigkeit der Unterschreitung von Wasserstandsgrenzwerten.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Quantile des Wasserstands

Wasserstandswert einer Zeitreihe, der von einem bestimmten prozentualen Anteil der vorliegender Wasserstandswerte nicht überschritten wird.
Wird nur für dauerhaft überflutete Gebiete berechnet.

Analyseprogramm: NCANALYSE.

zurück zu Analyse der Berechnungsergebnisse

Strukturübersicht

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 ==Motivation==
-Die Berechnung und graphische Darstellung der tideunabhängigen Kennwerte des Wasserstands kann dazu beitragen, einige Aspekte des Systemverhaltens natürlicher Gewässer näher zu beleuchten. Im Gegensatz zu den [[Tidekennwerte des Wasserstandes|Tidekennwerten des Wasserstands]] dient die Ermittlung der tideunabhängigen Wasserstandskennwerte in erster Linie der Analyse des (System-) Verhaltens von
+Die Berechnung und graphische Darstellung der tideunabhängigen Kennwerte des Wasserstands kann dazu beitragen, einige Aspekte des Systemverhaltens natürlicher [[Gewässer]] näher zu beleuchten. Im Gegensatz zu den [[Tidekennwerte des Wasserstandes|Tidekennwerten des Wasserstands]] dient die Ermittlung der tideunabhängigen Wasserstandskennwerte in erster Linie der Analyse des (System-) Verhaltens von
 * nicht durch Gezeiten dominierten Gewässern, wie beispielsweise den Küstengewässern und Flußmündungen entlang der Ostseeküste, oder
 * Extremsituationen, wie z.B. Sturmfluten in an die Nordsee grenzenden Ästuarien, welche durch einen von den mittleren Gezeiten deutlich abweichenden Wasserstandsverlauf gekennzeichnet sind, sowie ferner
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 Im einzelnen sind verschiedene nützliche Anwendungen die Analyseergebnisse denkbar:
-* Neben den Extremwasserständen (HW und NW) vermittelt insbesondere die Wasserstandsdifferenz zwischen HW und NW einen guten Eindruck von der Variablität des Wasserstands in einem beliebigen Analysezeitraum.
+* Neben den Extremwasserständen (HW und NW) vermittelt insbesondere die Wasserstandsdifferenz zwischen HW und NW einen guten Eindruck von der Variablität des Wasserstands in einem beliebigen [[Analysezeitraum]].
 * Der zeitliche Ablauf einer Hoch- oder Niedrigwasserwelle tritt demgegenüber in den berechneten Eintrittszeitdifferenzen für den Hoch- und Niedrigwassereintritt klar hervor.
-* Die für den Analysezeitraum errechneten maximalen Steig- und Fallgeschwindigkeiten der Wasseroberfläche bieten einen zusätzlichen Maßstab zur Charakterisierung des Ablaufs von Sturmflutereignissen.
+* Die für den [[Analysezeitraum]] errechneten maximalen Steig- und Fallgeschwindigkeiten der Wasseroberfläche bieten einen zusätzlichen Maßstab zur Charakterisierung des Ablaufs von Sturmflutereignissen.
 * Aus den Zeiten für die Hoch- und Niedrigwasserdauer können Rückschlüsse auf die Dauer von Ereignissen mit extremen Wasserspiegellagen gezogen werden. Diese Werte lassen sich z.B. zur Beurteilung der damit verbundenen Belastungen von Uferbereichen und Böschungen heranziehen und im Hinblick auf die Standsicherheit von Deichen oder Deckwerken interpretieren.
 * Die Dynamik eines nicht durch Gezeiten dominierten Gewässers kann mit Hilfe des Wertes der Varianz des Wasserstandes oder der Standardabweichung des Wasserstandes (jeweils in Bezug auf den Mittelwasserstand) näher quantifiziert werden.
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 ==Definition der tideunabhängigen Kennwerte des Wasserstands==
 ===Hochwasserstand (HW)===
-Höchster Wert der Wasserstände innerhalb einer beliebigen Zeitspanne.<br />
+Höchster Wert der Wasserstände innerhalb einer beliebigen Zeitspanne. Setzt voraus, dass ungültige Werte nur durch Trockenfallen (kein Wasser) verursacht werden.<br />
 [[Beispielgrafiken: Hochwasserstand]]. <br />
 Analyseprogramm: [[LZKWF]] und [[NCANALYSE]].
+===Maximaler gültiger Wasserstand (xWL)===
+Höchster Wert der Wasserstände innerhalb einer beliebigen Zeitspanne, in der beliebig viele ungültige Werte (Trockenfallen sowie andere Gründe für ungültige Daten) enthalten sein dürfen, so dass nicht sicher gestellt ist, dass der maximale Datenwert dem HW entspricht.<br />
+<!-- [[Beispielgrafiken: Hochwasserstand]]. <br /> -->
+Analyseprogramm: [[NCANALYSE]].
 ===Niedrigwasserstand (NW)===
-Niedrigster Wert der Wasserstände innerhalb einer beliebigen Zeitspanne.<br />
+Niedrigster Wert der Wasserstände innerhalb einer beliebigen Zeitspanne. Setzt voraus, dass in diesem Zeitraum keine ungültigen Werte durch Trockenfallen vorhanden sind, da dann ein NW im eigentlichen Sinne nicht erreicht wird.<br />
 [[Beispielgrafiken: Niedrigwasserstand]]. <br />
 Analyseprogramm: [[LZKWF]] und [[NCANALYSE]].
+===Minimaler gültiger Wasserstand (nWL)===
+Kleinster Wert der Wasserstände innerhalb einer beliebigen Zeitspanne, in der beliebig viele ungültige Werte (Trockenfallen sowie andere Gründe für ungültige Daten) enthalten sein dürfen, so dass nicht sicher gestellt ist, dass der minimale Datenwert dem NW entspricht.<br />
+<!-- [[Beispielgrafiken: Niedrigwasserstand]]. <br /> -->
+Analyseprogramm: [[NCANALYSE]].
 ===Mittelwasserstand (MW)===
 Arithmetischer Mittelwert der Wasserstände innerhalb einer beliebigen Zeitspanne.<br />
+Wird nur für dauerhaft überflutete Gebiete berechnet.<br />
 [[Beispielgrafiken: Mittelwasserstand]]. <br />
 Analyseprogramm: [[LZKWF]] und [[NCANALYSE]].
 ===Wasserstandsdifferenz (HW-NW)===
-Höhenunterschied zwischen dem Hochwasserstand HW und dem Niedrigwasserstand NW innerhalb einer beliebigen Zeitspanne.<br />
+Höhenunterschied zwischen dem [[Hochwasserstand]] HW und dem Niedrigwasserstand NW innerhalb einer beliebigen Zeitspanne.<br />
+Wird nur für dauerhaft überflutete Gebiete berechnet.<br />
 [[Beispielgrafiken: Wasserstandsdifferenz]]. <br />
 Analyseprogramm: [[LZKWF]] und [[NCANALYSE]].
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 ===Standardabweichung des Wasserstands===
 Standardabweichung der Wasserstände bezogen auf den Mittelwasserstand MW innerhalb einer beliebigen Zeitspanne.<br />
+Wird nur für dauerhaft überflutete Gebiete berechnet.<br />
 [[Beispielgrafiken: Standardabweichung des Wasserstands]]. <br />
 Analyseprogramm: [[LZKWF]] und [[NCANALYSE]].
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 ===Varianz des Wasserstands===
 Varianz der Wasserstände bezogen auf den Mittelwasserstand MW innerhalb einer beliebigen Zeitspanne.<br />
+Wird nur für dauerhaft überflutete Gebiete berechnet.<br />
 [[Beispielgrafiken: Varianz des Wasserstands]]. <br />
 Analyseprogramm: [[LZKWF]] und [[NCANALYSE]].
 ===Hochwasserdauer===
-Zeitraum, für den innerhalb einer beliebigen Zeitspanne die Wasserstände einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten.<br />
+Zeitraum, für den die Wasserstände einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten.<br />
 [[Beispielgrafiken: Hochwasserdauer]]. <br />
 Analyseprogramm: [[LZKWF]] und [[NCANALYSE]].
 ===Niedrigwasserdauer===
-Zeitraum, für den innerhalb einer beliebigen Zeitspanne die Wasserstände einen vorgegebenen Grenzwert unterschreiten.<br />
+Zeitraum, für den die Wasserstände einen vorgegebenen Grenzwert unterschreiten.<br />
 [[Beispielgrafiken: Niedrigwasserdauer]]. <br />
 Analyseprogramm: [[LZKWF]] und [[NCANALYSE]].
 ===Häufigkeitsverteilung des Wasserstands===
-Relative Häufigkeit (0.0 - 1.0), mit der Wasserstände innerhalb eines Intervalls (Klasse) vorhanden sind.<br />
+Relative Häufigkeit, mit der Wasserstände innerhalb eines Intervalls vorhanden sind.<br />
 [[Beispielgrafiken: Häufigkeitsverteilung des Wasserstands]]. <br />
 Analyseprogramm: [[NCANALYSE]].
 ===Kumulative Häufigkeitsverteilung des Wasserstands===
-Kumulative Häufigkeit (0.0 - 1.0), mit der Wasserstände innerhalb eines Intervalls vorhanden sind.<br />
+Kumulative Häufigkeit, mit der Wasserstände innerhalb eines Intervalls vorhanden sind.<br />
 [[Beispielgrafiken: Kumulative Häufigkeitsverteilung des Wasserstands]]. <br />
 Analyseprogramm: [[NCANALYSE]].
 ===Häufigkeit der Überschreitung von Wasserstandsgrenzwerten===
-Relative Häufigkeit (0.0 - 1.0), mit der Wasserstände oberhalb des jeweiligen Mittelwertes eines Intervalls (Klasse) liegen.<br />
+Relative Häufigkeit, mit der Wasserstände einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten.<br />
 [[Beispielgrafiken: Häufigkeit der Überschreitung von Wasserstandsgrenzwerten]]. <br />
 Analyseprogramm: [[NCANALYSE]].
 ===Häufigkeit der Unterschreitung von Wasserstandsgrenzwerten===
-Relative Häufigkeit (0.0 - 1.0), mit der Wasserstände unterhalb des jeweiligen Mittelwertes eines Intervalls (Klasse) liegen.<br />
+Relative Häufigkeit, mit der Wasserstände einen vorgegebenen Grenzwert unterschreiten.<br />
 [[Beispielgrafiken: Häufigkeit der Unterschreitung von Wasserstandsgrenzwerten]]. <br />
 Analyseprogramm: [[NCANALYSE]].
+===Quantile des Wasserstands===
+Wasserstandswert einer Zeitreihe, der von einem bestimmten prozentualen Anteil der
+vorliegender Wasserstandswerte nicht überschritten wird. <br />
+Wird nur für dauerhaft überflutete Gebiete berechnet.<br />
+* a) [[Beispielgrafik: Median Q_0.50]]
+* b) [[Beispielgrafiken: Quantile Q_0.01, Q_0.05, Q_0.95, Q_0.99]]
+Analyseprogramm: [[NCANALYSE]].
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 zurück zu [[Analyse der Berechnungsergebnisse]]
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 [[Strukturübersicht]]